دنیای مینیاتوری فناوری‌ها

کوچک‌ترین بورد رایانه‌ای جهان

یک شرکت چینی به تازگی رایانه‌ای تولید کرده که در واقع یک بورد (Board) سخت‌افزاری کوچک است و از رایانه‌ای که پیش از این لقب کوچک‌ترین رایانه جهان را داشت، ده برابر سریع‌تر عمل می‌کند. البته این قطعه مینیاتوری را نمی‌توان یک رایانه کامل نامید. در واقع با یک بورد بسیار کوچک و ظریف روبه‌رو هستیم که کاربردهایی بیش از یک برد رایانه‌ای معمولی دارد.

ابعاد این برد 4/6 در 5/5 سانتی‌متر است و دارای یک پردازنده چهار هسته‌ای، یک پردازنده گرافیک و رَم یک گیگابایتی است. این رایانه قابلیت پخش ویدئو با کیفیت 1080 پیکسل را دارد و دو درگاه یواس‌بی (USB)، یک درگاه اچ‌دی‌ام‌آی (HDMI) و یک درگاه میکرو یواس‌بی برای تامین برق دارد.

کوچک‌ترین گوشی تلفن همراه

واقعیت این است که امروز هدف چندان فناورانه‌ای پشت ساخت تلفن‌های همراه بسیار کوچک نیست. اما ساخت این تلفن‌ها چالشی برای طراحان و سازندگان است. با این حال در دنیای فناورانه امروز که بر خلاف سال‌های قبل گوشی‌های تلفن همراه در حال بزرگ‌تر شدن و افزایش قابلیت‌ها هستند، هنوز افرادی در تلاش برای طراحی تلفن‌های همراه بسیار کوچک هستند.

ابعاد کوچک‌ترین تلفن همراه ساخته شده (تصویر سمت راست) به شکلی است که صفحه نمایش آن قابل خواندن باشد و بتوان با صفحه کلید مینیاتوری آن کلمات را تایپ کرد. حافظه این تلفن قابلیت ذخیره 300 شماره تلفن و 50 پیام متنی را دارد و می‌توان یک سیمکارت نانو در این دستگاه قرار داد. باتری آن نیز برای 180 دقیقه صحبت کافی است و می‌توان گفت بیش از این امکانات ابتدایی قابلیت دیگری ندارد.

پردازشگرهای کوچک و مدرن

کوچکترین سی‌پی‌یو در جهان در شرکت آی‌بی‌ام (IBM) ساخته شده و ابعاد آن از یک ذره نمک هم کوچک‌تر است. در دنیایی که رقابت بر سر کوچک‌تر ساختن قطعات الکترونیک است این شرکت سی‌پی‌یو کوچکی ساخته که می‌تواند ابعاد و قیمت رایانه را به شکل چشمگیری کاهش دهد. این قطعه علاوه بر کوچک بودن، قابلیت سازگاری با فناوری نوین بلاک‌چین (Blockchain) را دارد که یکی از مهم‌ترین اهداف انجام این پروژه نیز همین بوده است. این یعنی فناوری‌ای که می‌توان از آن برای مدیریت پول‌های سایبری استفاده کرد، همان فناوری‌ای است که می‌تواند به حفاظت از داده‌ها در سی‌پی‌یو با ابعاد بسیار کوچک کمک کند. این قطعه کمتر از ده سنت برای سازندگان رایانه هزینه دارد و با داشتن تعداد زیادی ترانزیستور فشرده می‌تواند فعالیت‌های نظارت، تحلیل و ارتباط با داده‌های مختلف را انجام دهد. این قطعه اکنون به صورت آزمایشی ساخته شده است و سازندگان آن درباره سی‌پی‌یوی مینیاتوری می‌گویند: «آینده همین‌جاست؛ کافی است با میکروسکوپ به آن نگاه کنید.»

رایانه مینیاتوری در نقش حسگر دما

اگر فناوری قبلی را در حد یک بورد رایانه در نظر بگیریم، لقب کوچک‌ترین رایانه جهان می‌تواند به رایانه‌ای برسد که سال گذشته شرکت آی‌بی‌ام معرفی کرد. محققان دانشگاه میشیگان کوچک‌ترین رایانه‌ جهان را ساخته‌اند که ابعاد آن از یک دانه برنج هم کوچک‌تر است. این قطعه بسیار کوچک که به سختی می‌توان آن را چیزی شبیه رایانه تصور کرد، از هر بعد فقط
33/0 میلی‌متر طول دارد و یک مکعب مینیاتوری بسیار ظریف است.

هنگامی که رایانه یا لپ‌تاپ را خاموش می‌کنیم، همه اطلاعات و برنامه‌ها در حافظه داخلی ذخیره می‌شود. اما رایانه‌ای در این ابعاد می‌تواند صرفا داده‌ها را پردازش و آنها را به سیستمی دیگر انتقال دهد. در این رایانه از فناوری فتوولتاییک استفاده شده است که راهی برای تبدیل نور به الکتریسیته است. این دستگاه متشکل از یک پردازنده، سیستم حافظه، فرستنده‌های وایرلس و گیرنده‌هایی است که داده‌ها را از طریق نور دریافت می‌کنند. شاید به نظر برسد چنین رایانه‌ای فقط یک دستگاه نمایشی برای نشان‌دادن ظرافت به کار بردن همه فناوری‌ها در یک قطعه مینیاتوری است.اما کاربردهای این رایانه فراتر از چیزی است که به نظر می‌رسد. این رایانه کوچک در حال حاضر به عنوان یک حسگر دمایی دقیق استفاده می‌شود که با کمک پالس‌های الکترونیکی، تقسیمات دمایی در فواصل زمانی مشخص انجام می‌دهد و دقت آن حدود 1/0 درجه سانتی‌گراد است. برای مثال می‌توان از این فناوری برای بررسی تغییرات دمایی اطراف بافت‌های طبیعی بدن و سلول‌های سرطانی استفاده کرد و بسرعت تشخیص داد که درمان چقدر نتیجه داده است.

کوچک‌ترین خدمات‌دهنده وب در جهان

دو مورد تاثیرگذار در مورد این خدمات‌دهنده وب یا سرور (Server) اندازه و سال ساخت آن است. این سرور به اندازه سر یک کبریت است و سال 1378/1999 ساخته شده است، زمانی که سِروِرها بسیار بزرگ و غیرقابل حمل بودند. ابعاد این سرور کمتر از نیم سانتی‌متر است. این قطعه میکروکنترلی بسیار کوچک می‌تواند با حدود 6000 کاربر و 45هزار صفحه وب همزمان در ارتباط باشد و آنها را مدیریت کند. به نظر می‌رسد بهترین کاربرد سروری در این ابعاد برای استفاده در دستگاه‌هایی مجهز به اینترنت اشیا باشد که در سال‌های آینده شاهد بسیاری از آنها در اطرافمان خواهیم بود.

ماشین مولکولی با چرخ‌های مینیاتوری

در میان فناوری‌های مینیاتوری عجیب و غریب که روز به روز تعداد آنها بیشتر می‌شود، شنیدن درباره یک ماشین نانویی هم عجیب نیست. این ماشین نانویی در واقع سازه‌ای است که شیمیدان‌ها برای شناسایی آسان‌تر فعالیت‌های مولکولی طراحی کرده‌اند. اما ویژگی جالب آن این است که چهار چرخ واقعی دارد و مانند یک خودرو اما در ابعاد مولکولی حرکت می‌کند. محورهای اتصال این چرخ‌ها از پیوند مولکول‌های خاصی ایجاد شده است که به تحریک الکترون‌ها واکنش نشان می‌دهد و اتم‌ها را به حرکت در می‌آورد.

سازندگان این ماشین مولکولی عملیاتی، سال گذشته موفق به دریافت جایزه نوبل شیمی 2017 شدند و هدف نهایی آنها این است که بزودی بتوان از نانوماشین‌های خودران استفاده‌های بیشتری برای توسعه علم و فناوری کرد. انتظار می‌رود در آینده ماشین‌های مولکولی در این ابعاد انقلابی در فناوری و سلامت ایجاد کنند و باعث بهبود کیفیت مطالعات شوند.

حسگری بدون نیاز به باتری

یکی از قطعات بسیار مهم در فناوری‌ها که کوچک‌تر شدن آنها فواید زیادی دارد، حسگرها هستند. کوچک‌ترین حسگر ساخته شده فقط 82 میلی‌متر طول و 24 میلی‌متر پهنا دارد و مهم‌تر از آن این‌که نیاز به باتری ندارد و به صورت مستقل از طریق امواج وای‌فای قادر به فرستادن و گرفتن داده‌های مختلف تا شعاع هفت کیلومتری است. یک سلول خورشیدی ساده هم برای شارژ نامحدود این حسگر کافی است.

یکی از استفاده‌های رایج این حسگر می‌تواند اندازه‌گیری دما و رطوبت در دستگاه‌های حساس به دما باشد. یکی دیگر از قابلیت‌های این حسگر استفاده در منطقه‌ای وسیع است که حتی رساندن برق به منطقه هم ممکن است دشوار باشد. در این شرایط حسگر می‌تواند داده‌های ارزشمند را جمع‌آوری و ارسال کند و در تعمیر و نگهداری دستگاه‌ها نیز به کار گرفته شود.

کوچک‌ترین باتری‌ها برای شارژ کوچک‌ترین قطعات

یکی از مهم‌ترین قطعاتی که می‌تواند باعث کوچک‌تر شدن دستگاه‌های الکترونیک شود، باتری یا نیروی محرکه دستگاه است. به همین علت محققان همواره به‌دنبال راهکارها و تکنیک‌هایی برای کوچک‌تر کردن ابعاد باتری‌ها هستند. کوچک‌ترین باتری جهان از یک باکتری هم ابعاد کوچک‌تری دارد و می‌تواند در قطعات الکترونیک ظریف و تجهیزات پزشکی که وارد بدن می‌شوند، به‌کار گرفته شود. این باتری ابعادی حدود 150نانومتر دارد و 60 هزار برابر کوچک‌تر از یک باتری قلمی است.

ساختار این باتری به این شکل است که قطب‌های مثبت و منفی باتری‌های بسیار کوچک کنار یکدیگر قرار می‌گیرند و می‌توانند تجهیزات شیمیایی، الکترونیک و شبکه‌های میکروسکوپی را شارژ کنند. البته هنوز راه حلی برای افزایش طول عمر این باتری‌ها پیدا نشده است و نمی‌توان با خیال آسوده در تجهیزات مختلف از آنها استفاده کرد.

اگر موتور احتراق را نیز به‌عنوان نیرومحرکه‌ای شبیه به باتری برای بعضی دستگاه‌های الکترونیک در نظر بگیریم، کوچک‌ترین موتور احتراق جهان در دانشگاه بیرمنگام انگلستان ساخته شده است و از چند سال پیش به‌عنوان جایگزین مناسبی برای باتری در دستگاه‌های کوچک شناخته می‌شود.

سپیده شعرباف

دانش